培训第15天----Java程序中内存的分配(最初级)

           同上一天,今天也没有听课,很难受。。。。。。。。

           如果我们想知道Java程序运行时内存是怎样分配的,就要先知道几个基础的概念。

           其实要想知道Java是怎么分配内存的,可以看《深入了解java虚拟机》。

一.什么是内存

           内存是计算机中的重要部件之一,它是与cpu进行沟通的桥梁(可以百度内存图片,看看它是什么样子的)。计算机中

所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响是非常大的。内存也被称为内存储器,其作用是

暂时存放cpu中运算的数据。和硬盘相比,它的输入输出速度是非常快的。内存中有两部分,一部分是随机存储器RAM ,

断电后丢失数据。另一部分只读存储器,在断电后不丢失数据,通常用于存放产品型号和商家信息的。内存主要是用来存

储临时数据的,比如在运行游戏时,游戏在内存中开辟了一块空间,这块空间用于存储游戏所用的临时数据的,当忽然断电

后,游戏将释放这块内存,相应的内存中的游戏数据也就不存在了。

           简单来说内存就是暂时存储程序以及数据的地方。

           jvm虚拟机是Eclipse的一个线程,虚拟机是用来运行java代码的,而cup分给jvm时间片。(不知道这个想法对不对。)

二.什么是缓存

          缓存是cpu的一部分,它位于cpu中,CPU存取数据的速度非常的快,一秒钟能够存取、处理十亿条指令和数据(术

语:CPU主频1G),而内存就慢很多,快的内存能够达到几十兆就不错了,可见两者的速度差异是多么的大 。缓存是

为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题 ,内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存,这样CPU

就可以不经常到象“蜗牛”一样慢的内存中去取数据了,CPU只要到缓存中去取就行了,而缓存的速度要比内存快很多 。

这里要特别指出的是: 

         1)因为缓存只是内存中少部分数据的复制品,所以CPU到缓存中寻找数据时,也会出现找不到的情况(因为这些

数据没有从内存复制到缓存中去),这时CPU还是会到内存中去找数据,这样系统的速度就慢下来了,不过CPU会把这

些数据复制到缓存中去,以便下一次不要再到内存中去取。 

        2)因为随着时间的变化,被访问得最频繁的数据不是一成不变的,也就是说,刚才还不频繁的数据,此时已经需

要被频繁的访问,刚才还是最频繁的数据,现在又不频繁了,所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换,这

样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的 。

          那么什么是一级缓存和二级缓存呢?

          为了分清这两个概念,我们先了解一下RAM 。RAM和ROM相对的,RAM是掉电以后,其中的信息就消失那一种,

ROM在掉电以后信息也不会消失那一种 。RAM又分两种, 一种是静态RAM(SRAM),一种是动态RAM(DRAM)。前者的

存储速度要比后快得多,我们现在使用的内存一般都是动态RAM。 有的菜鸟就说了,为了增加系统的速度,把缓存扩大

不就行了吗,扩大的越大缓存的数据越多,系统不就越快了吗 。缓存通常都是静态RAM,速度是非常的快, 但是静态RAM

集成度低(存储相同的数据,静态RAM的体积是动态RAM的6倍), 价格高(同容量的静态RAM是动态RAM的四倍),

 由此见,扩大静态RAM作为缓存是一个非常愚蠢的行为, 但是为了提高系统的性能和速度,我们必须要扩大缓存, 这

样就有了一个折中的方法,不扩大原来的静态RAM缓存,而是增加一些高速动态RAM做为缓存, 这些高速动态RAM速

度要常规动态RAM快,但比原来的静态RAM缓存慢。我们把原来的静态RAM缓存叫一级缓存,而把后来增加的动态RA

M叫二级缓存。 一级缓存和二级缓存中的内容都是内存中访问频率高的数据的复制品(映射),它们的存在都是为了

减少高速CPU对慢速存的访问。 通常CPU找数据或指令的顺序是:先到一级缓存中找,找不到再到二级缓存中找,如

果还找不到就只有到内存中找了。

三.Java程序的内存分配

          Java内存分配主要分为以下几个区域:

                    1)寄存器:我们在程序中无法直接控制。

                    2)   栈:用于存放基本数据类型的值和对象的引用。

                     3)堆:用于存放new 产生的数据。

                     4)静态域:存放在对象中并用static修饰的静态成员。

                     5)常量池:用来存放常量。

                     6)非RAM:硬盘等永久存储空间。

Java内存分配中的栈

              在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。当在一段代码块定义

一个变量时,Java就在栈中为这个变量分配内存空间,当该变量退出该作用域后,Java会自动释放掉为该变量所分配

的内存空间,该内存空间可以立即被另作他用。(每一个方法就是一个栈?)

Java内存分配中的堆

   堆内存用来存放由new创建的对象和数组。 在堆中分配的内存,由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。

   在堆中产生了一个数组或对象后,还可以 在栈中定义一个特殊的变量,让栈中这个变量的取值等于数组或对象

在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。引用变量就相当于是为数组或对象起的一个

名称,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。

  引用变量是普通的变量,定义时在栈中分配,引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放。而数组和对象

本身在堆中分配,即使程序运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外,数组和对象本身占据

的内存不会被释放,数组和对象在没有引用变量指向它的时候,才变为垃圾,不能在被使用,但仍 然占据内存空

间不放,在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走(释放掉)。这也是 Java 比较占内存的原因。 

  实际上,栈中的变量指向堆内存中的变量,这就是Java中的指针! 

常量池 (constant pool)

        常量池指的是在编译期被确定,并被保存在已编译的.class文件中的一些数据。除了包含代码中所定义的各种基本

类型(如int、long等等)和对象型(如String及数组)的常量值(final)还包含一些以文本形式出现的符号引用,比如: 

  1. 类和接口的全限定名;
  2. 字段的名称和描述符; 
  3. 方法和名称和描述符。

  虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和,包括直接常量

(string,integer和 floating point常量)和对其他类型,字段和方法的符号引用。

  对于String常量,它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的, 对于String类型,

有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值,注意:该表只存储文字字符串值,不存储符号

引 用。说到这里,对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了。

  在程序执行的时候,常量池会储存在Method Area(方法区),而不是堆中。

堆与栈   

       Java的堆是一个运行时数据区,类的对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、 anewarray和multianewarray

等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存大小,生

存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。

但缺点是,由于要在运行时动态 分配内存,存取速度较慢。 

  栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是

确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量数据(int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句

柄(引用)。

        这里我们主要关心栈,堆和常量池,对于栈和常量池中的对象可以共享,对于堆中的对象不可以共享。栈中的数据

大小和生命周期是可以确定的,当没有引用指向数据时,这个数据就会消失。堆中的对象的由垃圾回收器负责回收,因此

大小和生命周期不需要确定,具有很大的灵活性。

字符串内存分配

          对于字符串,其对象的引用都是存储在栈中的,如果是编译期已经创建好(直接用双引号定义的)的就存储在常量池中,

如果是运行期(new出来的)才能确定的就存储在堆中。对于equals相等的字符串,在常量池中永远只有一份,在堆中有多份。

如果在new字符串的过程中,发现常量池中没有,那就会复制一份到常量池。 

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